Pr Auran RANDRIANASOLO 2003-2004 PALEOMAGNETISME Pr Auran RANDRIANASOLO 2003-2004

Géomagnétisme Magnétosphère Origine du géomagnétisme Postulat Courants de convection? * (Magnétohydrodynamisme) Révolution différentielle entre Noyau externe (liquide) et Noyau interne (solide)? Postulat Le Géomagnétisme est dipolaire La Géodynamo (réf.: Brahic et al. 1999 éd. Vuibert) : Hypothèses récentes à base de modélisation mathématiques et analogiques : Le champ magnétique terrestre a pour origine le Noyau qui est le siège d ’un processus magnétohydrodynamique lié à une circulation convective dans sa partie externe liquide. Le mouvement du fluide conducteur (fer ionisé) dans le champs magnétique induit des courants électriques qui à leur tour amplifient le champ magnétique. L ’énergie nécessaire à l ’entretien de la dynamique convective serait fournie par la croissance de la graine solide (4% du volume du noyau) au dépens de son enveloppe fluide. La cristallisation du fer libère la chaleur latente de solidification.

Hyp. magnétohydrodynamique (J-P Poirier) La Graine s’accroît par précipitation du fer presque pur (cf. diagramme de phase) et la solution résiduelle plus riche en éléments légers monte en panaches, libérant de l’énergie gravitationnelle (convection compositionnelle). Les mvts du fluide ds le noyau, à l’origine de l’effet dynamo, sont dus à la convection thermique et à la convection compositionnelle

Paramètres Déclinaison magnétique Inclinaison magnétique Intensité décalage / pôles magnétique et géographique variable f(t), f(lieu) Inclinaison magnétique varie de 0 à 90° , f(latitude) tg I = 2 tg L (où I = Inclinaison et L = latitude magnétique) Intensité

Déclinaison magnétique Déclinaison magnétique au 01/01/1969 Valeur 11°17 ’ variation annuelle = +7 ’ sexagésimale Carte topographique de Sainte-Rose (971) source IGN

Inclinaison Une aiguille magnétique suspendue à un fil présente habituellement une inclinaison par rapport au plan horizontal. La valeur de cet angle varie en fonction de la latitude. 90° au pôle ; 0° à l’équateur ; 64° à Paris (48° de latitude nord).

A gauche le champ magnétique d ’un aimant A droite le champ magnétique terrestre comme produite par une barre magnétique

Géomagnétisme Pôl Equateur (I=0) Pôle Nord (I = +90°) Pôle Sud

Intensité Pôle sud = sortie des lignes de force (-) Pôle nord = entrée des lignes de force (+) Intensité négative dans l’hémisphère sud et positive dans l’hémisphère nord «Intensité» modifiée par la présence d’un autre corps magnétique

Intensité du champ magnétique Unité : nanotesla (nT) Intensité varie : f(latitude) aux pôles, F = 70.000nT à l ’équateur F = 33.000nT f(temps, espace) ex.: récemment, F(Paris)=46.000nT cf. variation séculaire

Géomagnétisme Fossilisation du Géomagnétisme : Corps ferromagnétiques éléments : Fe, Ni, Co, Cr, Mn Minéraux : Magnétites, Hématites, Chromites... Acquisition d’une aimantation rémanente au sein d’une roche magmatique. Point de Curie : Fe = 770°C; Magnétite = 585°C Orientation des particules déposés dans un sédiments encore meubles.

Paléomagnétisme Aimantation thermorémanente (ATR) : Fossilisation du champ magnétique à l ’époque du refroidissement d’une roche éruptive Aimantation rémanente détritique (ARD) : Orientation des particules magnétiques lors du dépôt f(champ magnétique existant) Aimantation rémanente cristalline (ARC) Orientation lors de la diagenèse (hématite)

Aimantation rémanente détritique Orientation des grains de magnétite selon le champ magnétique terrestre au moment de leur dépôt

Observations Obs.1 : (Champ dipolaire) Toutes les boussoles indiquent un seul pôle actuellement (= champ dipolaire) Obs.2 : (Fossilisation du Géomagnétisme) Observées sur des laves après refroidissement : Direction du Nord magnétique Inclinaison des lignes de force trace de l’intensité du géomagnétisme Anomalies observées au cours du temps

Anomalies apparentes Anomalies 1 : Pour une période géologique donnée (Jurassique), on observe : un nuage de points représentant le pôle africain un autre pour le pôle australien un troisième pour le pôle américain 3 pôles magnétiques?! (incompatible avec le postulat dipolaire) Pour respecter l’aspect dipolaire, il faudrait rapprocher les trois «continents».

Positions du pôle N.amer, Afrique et Australie (avec respect de la géographie actuelle) « Pôles différenciés !!!» au Jurassique. Un nuage pour l ’Amérique du Nord Un autre pour l ’Afrique Un autre encore pour l ’Australie « Le Géomagnétisme n ’était-il pas dipolaire au Jurassique? »

Anomalies 2 Anomalies 2 : Le pôle magnétique pour l’Afrique (ou l’Amérique) a bougé au cours du temps (Le pôle migre-t-il progressivement et lentement?!) En rapprochant les 2 parties, on retrouve partiellement cette «migration» mais seulement jusqu’au Jurassique. Après il y a divergence (!!!).

Essai de juxtaposition des pôles Pôle unique (Afrique et Amérique du sud) « Déplacement apparent et commun » jusqu ’au Trias « Déplacement individualisé » à partir du Jurassique « Dissociation actuelle des pôles »

Anomalies 3 Anomalie 3 : Pourquoi cette divergence observée à partir du Jurassique pour les deux «continents»? Les Continents se déplaceraient-ils? Se déplaceraient-ils indépendamment les uns des autres? On obtient de nouveau un seul pôle N en déplaçant convenablement les continents à partir du Jurassique mais par étape (!)

Anomalies 4 Dans une région donnée [ex.: Mif Central (F), Japon, Oregon …] l’analyse d’une série de prélèvements montre des changements de polarité Le Mif Central se trouvait-il tantôt dans l’hémisphère nord, tantôt dans l’hémisphère sud et cela à plusieurs reprises en l’espace de seulement quelques millions d’années? Autres possibilités : y aurait-il inversion des pôles (Bruhnes)?

Inversion des pôles magnétiques Observez le sens des flèches qui différencient le N du S

Mise en évidence du phénomène d ’inversion magnétique Enregistrement par des laves à Steens Mountain (Oregon, USA) Temps mis pour passer du stade inverse au stade normal : 15.000ans Age du changement : 19Ma

Inversion des pôles Datation des inversions et établissement d’une échelle magnétostratigraphique Observation : suivi de la «migration des pôles» en Oregon sur des roches volcaniques (15.000ans). Temps : court à l’échelle géologique par rapport à la période de stabilité.

Paléomagnétostratigraphie Echelle paléomagnétostratigraphique des 5 derniers millions d’années

«Peaux de zèbres» Enregistrement du paléomagnétisme lors de missions océanographiques (DSDP ou ODP...) Disposition parallèle par rapport aux dorsales océaniques Symétrie par rapport à cette dorsale Vieillissement des terrains au fur et à mesure que l’on s’éloigne de la dorsale

Anomalies magnétiques au large de l ’Islande Remarquez la symétrie par rapport à la dorsale de Reykjanes

Inversions magnétiques Formation de nouvelle croûte océanique et leur magnétisation en cours de refroidissement Remarquez la symétrie par rapport à la dorsale

Age du plancher océanique Disposition parallèle aux dorsales symétrie de part et d ’autre de la dorsale vieillissement au fur et à mesure que l ’on s ’éloigne de la dorsale

Quelques conclusions Le géomagnétisme présentait des inversions Les inversions se produisent pendant un laps de temps « géologiquement » court L ’ établissement d ’une échelle magnéto-stratigraphique permet de constater une symétrie de part et d ’autre des dorsales Vieillissement des terrains au fur et à mesure que l ’on s ’éloigne des dorsales Les « continents » se déplacent indépendamment les uns des autres